JP2013021803A - 電気自動車駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、直流電源の温度を調整できる電気自動車駆動システムを提供する。
【解決手段】自動車駆動システム１００は、複数の電源ユニット１２，１４及び少なくとも１つの温度センサ１８を備える直流電源１０と、直流電源１０から出力される電力を直交変換する電力変換器４０と、電力変換器４０から出力される電力により駆動されるモータ５０と、直流電源１０から電力変換器４０へ電力を供給するラインに設けられ、直流電源１０の各電源ユニット１２，１４と電力変換器４０との接続状態を切り替えるスイッチ回路６０と、温度センサ１８により検出された温度に基づいて、電力変換器４０に電気的に接続される電源ユニットの数を変化させるように、スイッチ回路６０を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車駆動システムに関し、特に、直流電源と直流電源から出力された電力を直交変換しモータに供給する電力変換器との接続技術に関する。

従来から電気自動車駆動システムを構成する電源として、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池のような二次電池が用いられている。その中でも、鉛蓄電池及びニッケル水素電池に比べ高出力密度であるリチウムイオン電池は、直流電源の小型化、及び電気自動車の一回の充電で走行できる距離である一充電走行距離の向上が期待できるため、近年、電気自動車の直流電源として多く使用されている。

ところで、例えば、リチウムイオン電池は、低温状態や高温状態にあるとき、電池内での化学反応が起きにくくなり、電池特性が低下することが知られている。そのため、走行用モータ（以下、単に「モータ」という）の駆動に十分な電力を供給するには、直流電源の温度を一定範囲内に調整し、電池特性を維持できるようにすることが好ましい。
特許文献１では、モータから直流電源全体へオイルを介して熱を伝える冷却循環系を備える自動車駆動システムが開示されている。この構成では、直流電源の温度が低温状態のとき、モータの駆動によりモータで発生した熱を冷却循環系のオイルを介して直流電源に伝え、直流電源全体を暖機する。直流電源をより速やかに暖機したい場合、モータで発生する電力損失を増加させることで、モータで発生する熱を増加させる。また、特許文献２では、直流電源に熱的に接続された加熱装置等の温度制御装置を備える自動車駆動システムが開示されている。この構成では、直流電源が低温状態のとき、加熱装置で発生した熱が直流電源全体を暖機する。このように、直流電源の温度を一定範囲内に調整する自動車駆動システムが開示されている。

特開２０１０−２４６３１２号公報 特開２０１０−１９８７５９号公報

ところで、特許文献１では、暖機用のオイルを循環させる配管及び循環ポンプを用いるため、複雑な構成となっている。また、特許文献２で用いる温度制御装置は、直流電源全体を暖機できる大型なものとなっている。一方、電気自動車の一充電走行距離を向上するためには、直流電源の温度を調整する装置を小型化したり軽量化したりするなど、簡単な構成で直流電源の温度を調整することが望ましい。

本発明は、上記課題の解決を図るべくなされたものであって、簡単な構成で、直流電源の温度を調整できる電気自動車駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電気自動車駆動システムは、複数の電源ユニット及び少なくとも１つの温度センサを備える直流電源と、直流電源から出力される電力を直交変換する電力変換器と、電力変換器から出力される電力により駆動されるモータと、直流電源から電力変換器へ電力を供給するラインに設けられ、直流電源の各電源ユニットと電力変換器との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、温度センサにより検出された温度に基づいて、電力変換器に電気的に接続される電源ユニットの数を変化させるように、スイッチ回路を制御する制御部とを備える。

一般に、直流電源の各電源ユニットは内部抵抗を有している。電源ユニットと電力変換器とが電気的に接続されて電源ユニットに電流が流れると、この電源ユニットでは内部抵抗によるジュール熱が発生する。このジュール熱は、直流電源の暖機等の温度調整に利用できる。本発明に係る自動車駆動システムでは、直流電源に設けられた温度センサにより検出された温度に基づいて、電力変換器に接続される電源ユニットの数を変化させている。これにより、直流電源の温度に応じて、直流電源で発生するジュール熱の総量を調整でき、その結果、直流電源の温度を調整できる。しかも、この直流電源の温度調整は各電源ユニットの内部抵抗を利用しており、直流電源全体を温度調整する装置が不要であるため、簡単な構成で、直流電源の温度を調整できる。

本発明の実施の形態１に係る電気自動車駆動システムの全体構成を示す図である。 図１に示したシステムが行う動作のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電気自動車駆動システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る電気自動車駆動システムの全体構成を示す図である。 図４に示したシステムが行う動作のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態４に係る電気自動車駆動システムの全体構成を示す図である。 本発明の変形例に係る電気自動車駆動システムを説明する図である。

[実施の形態１]
１．電気自動車駆動システムの全体構成
図１は、実施の形態に係る電気自動車駆動システムの模式図である。
電気自動車駆動システム１００は、直流電源１０、直流電源１０と接続された電力変換器４０、電力変換器４０と接続された走行用三相交流モータ５０（以下、単に「モータ」という）、直流電源１０から電力変換器４０へ電力を供給するラインに設けられたスイッチ回路６０、直流電源１０の温度情報を取得する電源ＥＣＵ２０(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ)、モータ５０を制御する制御部であるモータＥＣＵ３０、及び、例えば、アクセルやブレーキのような操作部３２を備える。

直流電源１０は、セル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット１２」という）、及びセル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット１４」という）を備えている。セルは、例えば、リチウムイオン電池であり、電源ユニット１２と電源ユニット１４とは並列接続されている。直流電源１０では、電力を供給する際に電流が流れることで、内部抵抗により自己発熱が生じる。直流電源１０には、直流電源１０のうち電源ユニット１２の温度を検出する電源温度センサ１８および電源ユニット１４の温度を検出する電源温度センサ１９が設けられている。電源温度センサ１８、１９は、例えば、サーミスタからなり、電源ユニット１２または電源ユニット１４における一箇所の温度を検出し、当該温度に基づく電圧信号を電源ＥＣＵ２０に送信する。

電源ＥＣＵ２０は、電源温度センサ１８、１９から送信された電圧信号に基づき電源ユニット１２または電源ユニット１４の温度情報を取得し、当該温度情報をモータＥＣＵ３０に送信する。具体的には、電源温度センサ１８、１９から送信された電圧信号に直流電源１０内の電池温度分布を考慮した情報が、直流電源１０の温度情報として取り扱われる。

スイッチ回路６０は、電源ユニット１２，１４と電力変換器４０との接続状態を切り替える。また、スイッチ回路６０は、機械的リレーであるスイッチ６２，６４を含む。スイッチ６２は電源ユニット１２から電力変換器４０に電力を供給するラインに設けられ、スイッチ６４は電源ユニット１４から電力変換器４０に電力を供給するラインに設けられている。

電力変換器４０は、直流電源１０が出力した直流電力を直交変換しモータ５０に交流電力を供給する。電力変換器４０は、スイッチング素子４２Ｕ及び４４Ｕ，４２Ｖ及び４４Ｖ，４２Ｗ及び４４Ｗ（以下、まとめて示す場合には、「スイッチング素子４２，４４」という）と、パルス幅変調回路４６とを備える。スイッチング素子４２，４４としては、例えば、Ｓｉ−ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が利用可能である。パルス幅変調回路４６は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏn：以下、ＰＷＭと略称する）信号のオンデューティの最大値を変化させることにより電力変換器４０の出力電力を変化させることができる。電力変換器４０の出力電力は、モータＥＣＵ３０の指示に応じて適宜設定される。

モータＥＣＵ３０は、電源ＥＣＵ２０で検出された電源ユニット１２または電源ユニット１４の温度情報に基づいて、電力変換器４０に電気的に接続される電源ユニットの数を変化させるようスイッチ回路６０に指示する。また、モータＥＣＵ３０は、操作部３２で検出されたユーザの操作に関する情報に基づいて電力変換器４０の出力電力を決定し、決定された出力電力を電力変換器４０に指示する。これらについては、フローチャートを用いて、後に詳細に説明する。モータＥＣＵ３０は、本発明における制御部に相当する。

モータ５０としては、例えば、永久磁石埋め込み型の同期モータが利用可能である。
２．モータＥＣＵ３０が行う動作のフローチャート
図２は、実施の形態１に係るモータＥＣＵ３０が行う動作のフローチャートを示す図である。
まず、モータＥＣＵ３０は、電源ＥＣＵ２０から電源ユニット１２および電源ユニット１４の温度Ｔ１２、Ｔ１４を取得し（ステップＳ１０１）、温度Ｔ１２、Ｔ１４が下限温度Ｔ１未満か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

温度Ｔ１２、Ｔ１４のうちいずれか一方が下限温度Ｔ１未満のとき（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、温度Ｔ１２が温度Ｔ１４未満か否かを判定する（ステップＳ１０３）。
温度Ｔ１２が温度Ｔ１４未満のとき（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、モータＥＣＵ３０は、スイッチ６２を非導通状態にし、スイッチ６４を導通状態とする（ステップＳ１０４ａ）。これにより、電源ユニット１２と電力変換器４０とが電気的に遮断され、電源ユニット１４と電力変換器４０とが電気的に接続される。温度Ｔ１２が温度Ｔ１４以上のとき（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、モータＥＣＵ３０は、スイッチ６２を導通状態にし、スイッチ６４を非導通状態とする（ステップＳ１０４ｂ）。これにより、電源ユニット１２と電力変換器４０とが電気的に接続され、電源ユニット１４と電力変換器４０とが電気的に遮断される。

温度Ｔ１２、Ｔ１４のいずれもが下限温度Ｔ１以上であるとき（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、モータＥＣＵ３０は、スイッチ６２とスイッチ６４との両方を導通状態にする（ステップＳ１０４ｃ）。これにより、電源ユニット１２，１４の両方と電力変換器４０とが電気的に接続される。
次に、モータＥＣＵ３０は、操作部３２からモータ５０を駆動するのに必要な電力Ｐｄｅｍａｎｄを検出する（ステップＳ１０５）。ここで、モータ５０を停止させるとき（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、モータＥＣＵ３０は制御を停止する。一方、モータ５０を停止させないとき（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、モータ５０に電力Ｐｄｅｍａｎｄが供給されるように電力変換器４０を制御する（ステップＳ１０７）。

これにより、温度Ｔ１２、Ｔ１４のうちいずれか一方が下限温度Ｔ１未満のとき、モータ５０の駆動に使用される電源ユニットの数量が、セル１２ａ，１２ｂ，１２ｃから構成される電源ユニット１２または、セル１４ａ，１４ｂ，１４ｃから構成される電源ユニット１４の１機となる。一方、温度Ｔ１２、Ｔ１４のいずれもが下限温度Ｔ１以上のとき、モータ５０の駆動に使用される電源ユニットの数量が、セル１２ａ，１２ｂ，１２ｃから構成される電源ユニット１２及びセル１４ａ，１４ｂ，１４ｃから構成される電源ユニット１４の２機となる。モータ５０に同じ電力Ｐｄｅｍａｎｄを供給する場合、電源ユニットの数量が少ないほど、電源ユニットの内部抵抗による電力損失が大きくなり、その結果、自己発熱の発熱量が大きくなる。これは、内部抵抗による電力損失が、電流の２乗に比例するからである。本実施形態では、温度Ｔが下限温度Ｔ１未満のとき、すなわち低温状態のとき、モータ５０の駆動に使用する電源ユニットの数量を減少させることにより、積極的にその電源ユニットの自己発熱を促している。これにより、モータ５０の駆動に使用する電源ユニットの温度を速やかに下限温度Ｔ１まで高めることができる。

また、本実施の形態では、電源ユニット１２、１４の温度Ｔ１２、Ｔ１４のうちいずれか一方が温度Ｔ１未満のとき、電源ユニット１２、１４のうち温度の高い方の電源ユニットを導通状態になるように制御している。これにより、温度の低い方の電源ユニットを導通状態とする場合に比べて、電源ユニットの寿命低下を抑制することができる。
モータＥＣＵ３０は、上記の処理を一定時間毎に繰り返す（ステップＳ１０８）。
３．効果
この構成では、モータ５０駆動時に直流電源１０に含まれる電源ユニット１２、１４のうちいずれか一方の温度が下限温度よりも低い場合、温度が高い一方の電源ユニットと電力変換器４０とを電気的に接続し、温度が低い他方の電源ユニットと電力変換器４０とを電気的に遮断する。このとき、全ての電源ユニット１２，１４を電力変換器４０と接続したときと比べ、一方の電源ユニットの発熱量が大きく、一方の電源ユニットは素早く暖機される。そのため、直流電源１０に含まれる電源ユニット１２、１４のうちいずれか一方の温度が下限温度よりも低い場合でも、電力変換器４０と接続された一方の電源ユニットの電池特性が素早く向上し、モータ５０を速やかに駆動できる。なお、電力変換器４０と接続された一方の電源ユニットの自己発熱による熱により、他方の電源ユニットも徐々に暖機される。そして、直流電源１０の温度調整は、スイッチ回路６０とモータＥＣＵ３０とにより実施されており、従来よりも簡単な構成で実施されているといえる。

また、電源ユニット１２と電源ユニット１４との両方を電力変換器４０に接続したときと、一方の電源ユニットのみを電力変換器４０に接続したときとでは、電力変換器４０に印加される電圧は等しくなる。よって、一方の電源ユニットのみでモータ５０を駆動させる場合でも、モータ５０の最大回転数は減少せず、自動車の最高速度に影響しない。
電源ユニット１２と電源ユニット１４の温度を検出・比較して、温度の高い方を導通させることにより、電池特性がより優れた電源ユニットを使いモータ５０を駆動できるので、より素早くモータ５０を速やかに駆動できる。また、温度の低い方の電源ユニットを導通状態とする場合に比べて、電源ユニットの寿命低下を抑制することができる。

[実施の形態２]
１．構成
図３は、実施の形態２に係る電気自動車駆動システム２００の模式図である。下記以外の構成は、電気自動車駆動システム１００と同じなので説明を省略する。
直流電源２１０はセル２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット２１２」という）、及びセル２１４ａ，２１４ｂ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット２１４」という）を備えている。電源ユニット２１２と電源ユニット２１４とは直列接続されている。

スイッチ回路２６０は、スイッチ２６２，２６４を含む。スイッチ２６２は、電源ユニット２１２,２１４から電力変換器４０へ電力を供給するラインに設けられ、スイッチ２６４は、電源ユニット２１４から電力変換器４０へ電力を供給するラインに設けられている。
直流電源２１０の温度が下限温度よりも低いとき、スイッチ２６２を非導通状態にし、スイッチ２６４を導通状態にすることで、電源ユニット２１４と電力変換器４０とを電気的に接続する。このとき、電源ユニット２１４で発生する熱により、直流電源２１０が暖機される。当該暖機により、直流電源２１０の温度が下限温度以上となったときは、スイッチ２６２を導通状態にし、スイッチ２６４を非導通状態にすることで、直流電源２１０全体と電力変換器４０とを電気的に接続する。

一方、直流電源２１０の温度が下限温度よりも高いとき、スイッチ２６２を導通状態にし、スイッチ２６４を非導通状態にすることで、直流電源２１０全体と電力変換器４０とを電気的に接続する。
なお、直流電源２１０全体を電力変換器４０に接続したときに比べると、電源ユニット２１４のみを電力変換器４０に接続したとき、電力変換器４０に印加される電圧は小さくなる。本実施の形態の構成では、各セル２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１４ａ，２１４ｂの出力電圧が等しいとき、直流電源２１０全体を電力変換器４０に接続したときに比べると、電源ユニット２１４のみを電力変換器４０に接続したとき、電力変換器４０に印加される電圧は１／３となる。モータ５０の最大回転数は電源電圧に略比例するため、モータの最大回転数は１／３に制限される。しかし、通常の市街地走行では、一般に、モータ５０の駆動に必要な最大回転数は、直流電源１０全体を用いたときの最大回転数の１／３よりも小さいため、このように最大回転数が制限されても問題ない。仮に、モータ５０に高い回転数を発生させる必要が生じても、電源ユニット２１４で発生する熱により全ての電源ユニット２１２，２１４が暖機された後、全ての電源ユニット２１２，２１４と電力変換器４０とをスイッチ２６２を介して電気的に接続しモータ５０を駆動すれば良い。
２．効果
この構成でも、電源ユニット２１４と電力変換器４０とをスイッチ２６４を介して電気的に接続することで、モータ５０を駆動できる。このとき、全ての電源ユニット２１２，２１４を電力変換器４０と接続したときと比べ、電源ユニット２１４の発熱量が大きく、電源ユニット２１４は素早く暖機される。そのため、直流電源２１０の温度が下限温度よりも低い場合でも、電源ユニット２１４の電池特性が素早く向上し、モータ５０を速やかに駆動できる。そして、直流電源２１０の温度調整は、スイッチ回路２６０とモータＥＣＵ３０とにより実施されており、従来よりも簡単な構成で実施されているといえる。

[実施の形態３]
１．構成
図４は、実施の形態３に係る電気自動車駆動システム３００の模式図である。下記以外の構成は、電気自動車駆動システム１００と同じなので説明を省略する。
直流電源３１０は、セル３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット３１２」という）、及びセル３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃ（以下、まとめて示す場合には、「電源ユニット３１４」という）を備えている。直流電源３１０には、電源温度センサ１８が設けられている。さらに、直流電源３１０は、電源ユニット３１２を暖機する加熱器３１９を備える。スイッチ回路３６０は、スイッチ３６２，３６４を含む。
２．モータＥＣＵ３０が行う動作のフローチャート
図５は、実施の形態３に係るモータＥＣＵ３０が行う動作のフローチャートを示す図である。

まず、モータＥＣＵ３０は、電源ＥＣＵ２０から直流電源１０の温度Ｔを取得し（ステップＳ２０１）、温度Ｔが下限温度Ｔ１未満か否かを判定する（ステップＳ２０２）。
温度Ｔが下限温度Ｔ１未満のとき（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、モータＥＣＵ３０は、スイッチ３６２を導通状態にし、スイッチ３６４を非導通状態にし、加熱器３１９を起動させる（ステップＳ２０３ａ）。これにより、電源ユニット３１２と電力変換器４０とが電気的に接続され、電源ユニット３１４と電力変換器４０とが電気的に遮断される。

温度Ｔが下限温度Ｔ１以上であるとき（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、モータＥＣＵ３０は、スイッチ３６２とスイッチ３６４との両方を導通状態にする（ステップＳ２０３ｂ）。これにより、電源ユニット３１２，３１４の両方と電力変換器４０とが電気的に接続され、加熱器３１９は起動されない。
次に、モータＥＣＵ３０は、操作部３２からモータ５０を駆動するのに必要な電力Ｐｄｅｍａｎｄを検出する（ステップＳ１０４）。ここで、モータ５０を停止させるとき（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、モータＥＣＵ３０は制御を停止する。一方、モータ５０を停止させないとき（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、モータ５０に電力Ｐｄｅｍａｎｄが供給されるように電力変換器４０を制御する（ステップＳ２０６）。

モータＥＣＵ３０は、上記の処理を一定時間毎に繰り返す（ステップＳ２０７）。
３．効果
この構成では、加熱器３１９は電源ユニット３１２のみを暖機すれば良いので、小型の加熱器を用いることができ、直流電源３１０の温度調整は、従来よりも簡単な構成で実施されているといえる。

また、直流電源３１０の温度が下限温度よりも低い場合、電源ユニット３１２の自己発熱に加えて加熱器３１９により、電源ユニット３１２が暖機される。その結果、実施の形態１と比べ、電源ユニット３１２が暖機されるまでの時間をさらに短縮できる。
[実施の形態４]
１．構成
図６は、実施の形態４に係る電気自動車駆動システム４００の模式図である。下記以外の構成は、電気自動車駆動システム１００と同じなので説明を省略する。

スイッチ回路４６０は、スイッチ４６２，４６４を含む。スイッチ４６２，４６４は、半導体スイッチであり、例えば、バイポーラ半導体素子を用いた双方向スイッチである。
スイッチ４６２，４６４では、接続時に導通損失により熱が発生する。導通損失とは、半導体スイッチに流れる電流と、半導体デバイスの電気抵抗や内部抵抗により発生する電圧とを乗じた電力損失である。スイッチ４６２，４６４と直流電源１０とを近接配置したり、スイッチ４６２，４６４と直流電源１０との間を、熱伝導性を有する物質を介して熱的に結合したりすると、直流電源１０を当該熱により暖機できる。ここで、熱伝導性を有する物質としては、銅、アルミニウムなどの金属が挙げられる。
２．効果
直流電源１０が低温状態にあるとき、上記実施の形態と同様に、電池特性を素早く向上でき、モータ５０の始動特性が向上できる。そして、直流電源１０の温度調整は、スイッチ回路４６０とモータＥＣＵ３０とにより実施されるので、従来よりも簡単な構成で実施されているといえる。なお、半導体スイッチがＯＮ状態にならない程度の電流をゲートに与えて電力損失を増加させることにより、半導体スイッチで発生する熱を増加させると、さらにモータ５０を速やかに駆動できる。

また、この構成では半導体スイッチを用いることで、小型化、低コスト化、さらに動作速度の向上が期待できる。
［変形例］
１．各電源ユニットの寿命を考慮した変形例
上記実施の形態では、直流電源が低温状態のとき、既定の電源ユニットのみを電力変換器に接続する構成をとっていたが、これに限らない。低温状態のとき電力変換器と接続する電源ユニットを、動作ごとに入れ替えても良い。

例えば、図１に示す実施の形態１における、モータＥＣＵ３０によるスイッチ回路の制御を示す。
まず、ユーザが自動車を始動する際、直流電源の温度が下限温度未満であれば、モータＥＣＵ３０は、スイッチ６２を導通状態にし、スイッチ６４を非導通状態とし、導通状態にしたスイッチがスイッチ６２であることを記憶しておく。

次に、ユーザが自動車を始動する際、直流電源の温度が下限温度未満であり、且つ、前回に導通状態にしたスイッチが６２であるので、モータＥＣＵ３０は、記憶データを基に、スイッチ６２を非導通状態にし、スイッチ６４を導通状態とする。さらに、導通状態にしたスイッチがスイッチ６４であることを記憶しておく。
この構成では、低温状態時に電源ユニット１２，１４をそれぞれ交互に用いるので、低温状態時において片方の電源ユニットのみがモータ５０に電力を供給することにより、片方の電池寿命を早く劣化させてしまうことがない。両方の電源ユニット１２，１４の使用状態を均一にするよう制御することで、どちらか一方の電源ユニットのみの電池寿命が劣化するのを抑制できる。
２．電力変換器に接続する電源ユニットの数の変化の変形例
上記実施の形態では、直流電源に含まれる複数の電源ユニットを２つのグループに分け、スイッチ回路に含まれる２つのスイッチにより、二段階で電力変換器に接続させる電源ユニットの数を変化させていたが、これに限らない。電力変換器に接続させる電源ユニットの数の変化は、三段階以上の多段階で実行しても良い。

例えば、図７（ａ）に示すように、直列接続した電源ユニット５１２，５１４，５１６と、スイッチ５６２，５６４，５６６とを備える電気自動車駆動システム５００を用いても良い。この構成では、モータＥＣＵは、２つの下限温度Ｔ１１，Ｔ１２（Ｔ１１＜Ｔ１２とする）を保持し、直流電源５１０の温度ＴがＴ１１よりも低いときは、スイッチ５６６のみを導通状態とし、電源ユニット５１６のみと電力変換器とを電気的に接続する。また、ＴがＴ１１以上であってＴ１２よりも低いときは、スイッチ５６４のみを導通状態とし、電源ユニット５１４，５１６のみと電力変換器とを電気的に接続する。ＴがＴ１２以上であるときは、スイッチ５６２のみを導通状態とし、全ての電源ユニット５１２，５１４，５１６と電力変換器とを電気的に接続する。

また、図７（ｂ）に示すように、並列接続した電源ユニット６１２，６１４，６１６と、スイッチ６６２，６６４，６６６とを備える電気自動車駆動システム６００を用いても良い。この構成では、直流電源６１０の温度ＴがＴ１１よりも低いときは、スイッチ６６６のみを導通状態とし、電源ユニット６１６のみと電力変換器とを電気的に接続する。また、ＴがＴ１１以上であってＴ１２よりも低いときは、スイッチ６６４，６６６のみを導通状態とし、電源ユニット６１４，６１６のみと電力変換器とを電気的に接続する。ＴがＴ１２以上であるときは、全てのスイッチ６６２，６６４，６６６を導通状態とし、全ての電源ユニット６１２，６１４，６１６と電力変換器とを電気的に接続する。

上述のように、三段階で電力変換器に接続させる電源ユニットの数を変化させると、直流電源の温度や操作情報に対応して、より細やかにスイッチ回路を制御できる。
３．電源ユニットの高温対策
実施の形態では、直流電源の温度を下限温度と比較して、電力変換器に接続させる電源ユニットの数を変化させていたが、これに限らない。電源ユニットが高温状態のときにも電池特性は悪化するので、全ての電源ユニットを用いてモータが駆動されているとき、電力変換器に接続され高温状態となった電源ユニットを電気的に遮断し、高温状態でない別の電源ユニットのみでモータを駆動しても良い。具体的には、モータＥＣＵに上限温度を持たせ、当該上限温度と直流電源の温度とを比較し、電力変換器に接続させる電源ユニットの数を変化させることとなる。このように電力変換器に接続する電源ユニットを切り替えると、高温状態になかった電源ユニットでは、全ての電源ユニットを電力変換器に接続する時と比べ、大きな電流が流れ内部抵抗により大きな電力損失が発生し自己発熱する。しかしながら、高温状態になかった電源ユニットの温度が上限温度以上となるには時間がかかり、それまでに高温状態であった電源ユニットの温度が下がると考えられる。また、直流電源に冷却装置や外部に排熱する機構が設けられている構成では、ある一定温度以上に電源ユニットが暖機されにくく、電源ユニットの温度は一定の値に落ち着くと考えられる。

例えば、図１に示す電気自動車駆動システム１００において、全ての電源ユニット１２，１４を用いてモータ５０が駆動され、且つ、電源ユニット１２の温度が上限温度以上であり電源ユニット１４の温度が上限温度より低いとき、高温状態にある電源ユニット１２と電力変換器４０との間にあるスイッチ６２を非導通状態とし、高温状態にない残りの電源ユニット１４と電力変換器４０との間にあるスイッチ６４を導通状態とすると良い。この結果、電力変換器４０に接続された電源ユニット１２が高温状態になっても、電池特性を悪化させず電源ユニット１４からモータ５０に電力を供給できる。なお、電源ユニット１２の温度が上限温度より低くなれば、再度、全ての電源ユニット１２，１４を用いてモータ５０が駆動すれば良い。

また、直流電源が高温になるのを防ぐために、実施の形態３で示した温調器３１９に代えて、電源ユニット３１２を加熱及び冷却する機能を有する温度調節器を用いても良い。この場合、電源ユニット３１２の温度が上限温度以上となり電池特性が悪化したときに、高温状態にある電源ユニット３１２を温度調節器により上限温度まで冷却する。これにより、電池ユニット３１２の電池特性を回復できる。具体的には、モータＥＣＵ３０が上限温度情報を保持し、当該上限温度と電源ユニット３１２の温度とを比較する。
４．半導体スイッチ
上記実施の形態では、半導体スイッチは双方向スイッチとしているが、例えば、単方向スイッチを用いても良い。また、バイポーラ半導体素子を用いているが、例えば、ユニポーラ半導体素子を用いても良い。また、シリコン半導体素子、及びワイドバンドギャップ半導体素子等を用いても良い。

なお、スイッチと電力変換器とを構成する半導体スイッチは、単一モジュールであってもよい。
５．その他
上記実施の形態では、直流電源のセルとしてリチウムイオン電池を用いたが、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池等の低温で電池特性が低下するような他の電池を用いても良い。

本発明で示す自動車は四輪自動車に限らず、例えば、二輪車等であっても良い。本発明に係る電気自動車駆動システムの構成などは、上記実施の形態に係る電気自動車駆動システムの構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。
また、上記実施の形態等では、モータが走行用モータである例について示したが、これに限らず、例えば、モータとして、電動コンプレッサ用のモータ、電動パワーステアリング用のモータ等の補機系のモータを用いても、上記実施の形態等と同様の効果が得られる。

そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを、他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも可能である。

本発明は、二次電池を直流電源としたハイブリッド電気自動車、電気自動車等の電源システムに利用できる。

１０，２１０，３１０，５１０，６１０ 直流電源
１２，１４，２１２，２１４，３１２，３１４，５１２，５１４，５１６，６１２，６１４，６１６ 電源ユニット
２０ 電源ＥＣＵ
３０ モータＥＣＵ
４０ 電力変換器
５０ 走行用モータ
６０，２６０，３６０，４６０ スイッチ回路
６２，６４，２６２，２６４，３６２，３６４，４６２，４６４，５６２，５６４，５６６，６６２，６６４，６６６ スイッチ
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 電気自動車駆動システム

Claims (11)

1. 複数の電源ユニット及び少なくとも１つの温度センサを備える直流電源と、
   前記直流電源から出力される電力を直交変換する電力変換器と、
   前記電力変換器から出力される電力により駆動されるモータと、
   前記直流電源から前記電力変換器へ電力を供給するラインに設けられ、前記直流電源の各電源ユニットと前記電力変換器との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、
   前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記電力変換器に電気的に接続される電源ユニットの数を変化させるように、前記スイッチ回路を制御する制御部と
   を備える
   電気自動車駆動システム。
2. 前記制御部は、前記温度センサにより検出された温度が低いほど、前記電力変換器に電気的に接続される電源ユニットの数を減少させるように、前記スイッチ回路を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
3. 前記制御部は、
   前記温度センサにより検出された温度が下限温度よりも低いとき、前記複数の電源ユニットの一部と前記電力変換器とを電気的に接続し、残りの電源ユニットと前記電力変換器とを電気的に遮断するよう、前記スイッチ回路を制御し、
   前記温度センサにより検出された温度が前記下限温度以上であるとき、前記複数の電源ユニットの全部と前記電力変換器とを電気的に接続するよう、前記スイッチ回路を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
4. 前記複数の電源ユニットは、第１電源ユニットグループと第２電源ユニットグループとを備え、且つ、前記第１電源ユニットグループと前記第２電源ユニットグループとは並列に接続されており、
   前記スイッチ回路は、前記第１電源ユニットグループから前記電力変換器へ電力を供給するラインに設けられた第１スイッチと、前記第２電源ユニットグループから前記電力変換器へ電力を供給するラインに設けられた第２スイッチとを含み、
   前記制御部は、
   前記温度センサにより検出された温度が下限温度よりも低いとき、前記第１スイッチを導通状態にし、且つ、前記第２スイッチを非導通状態にすることで、前記第１電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に接続し、且つ、前記第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に遮断し、
   前記温度センサにより検出された温度が前記下限温度以上であるとき、前記第１及び第２スイッチを導通状態にすることで、前記第１及び第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に接続するよう、
   前記スイッチ回路を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
5. 前記複数の電源ユニットは、第１電源ユニットグループと第２電源ユニットグループとを備え、且つ、前記第１電源ユニットグループと前記第２電源ユニットグループとは直列に接続されており、
   前記スイッチ回路は、前記第１電源ユニットグループのみから前記電力変換器へ電力を供給するラインに設けられた第１スイッチと、前記第１及び第２電源ユニットグループから前記電力変換器へ電力を供給するラインに設けられた第２スイッチとを含み、
   前記制御部は、
   前記温度センサにより検出された温度が下限温度よりも低いとき、前記第１スイッチを導通状態にし、且つ、前記第２スイッチを非導通状態にすることで、前記第１電源ユニットと前記電力変換器とを電気的に接続し、且つ、前記第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に遮断し、
   前記温度センサにより検出された温度が下限温度以上であるとき、前記第１スイッチを非導通状態にし、且つ、前記第２スイッチを導通状態にすることで、前記第１及び第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に接続するよう、
   前記スイッチ回路を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
6. 前記温度センサは、前記電源ユニット毎に設けられており、
   前記制御部は、
   前記第１電源ユニットグループの温度が前記第２電源ユニットグループの温度よりも低いとき、前記第１スイッチを非導通状態にし、且つ、前記第２スイッチを導通状態にすることで、前記第１電源ユニットと前記電力変換器とを電気的に遮断し、且つ、前記第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に接続し、
   前記第１電源ユニットグループの温度が前記第２電源ユニットグループの温度以上であるとき、前記第１スイッチを導通状態にし、且つ、前記第２スイッチを非導通状態にすることで、前記第１電源ユニットと前記電力変換器とを電気的に接続し、且つ、前記第２電源ユニットグループと前記電力変換器とを電気的に遮断する
   請求項４に記載の電気自動車駆動システム。
7. 前記温度センサは、前記電源ユニット毎に設けられており、
   前記制御部は、さらに、前記電力変換器と電気的に接続された前記電源ユニットが上限温度以上であるとき、
   当該上限温度以上である電源ユニットと前記電力変換器との間のスイッチを電気的に遮断し、残りのいずれかの電源ユニットと前記電力変換器とを電気的に接続するように、前記スイッチ回路を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
8. さらに、前記直流電源を加熱する加熱器を備え、
   前記制御部は、さらに、前記直流電源の温度が下限温度よりも低いとき、前記直流電源を加熱するよう、前記加熱器を制御する
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
9. 前記スイッチ回路は、機械的リレーである複数のスイッチを含む
   請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
10. 前記スイッチ回路は、半導体スイッチである複数のスイッチを含む
    請求項１に記載の電気自動車駆動システム。
11. 前記直流電源と前記複数のスイッチとは、熱伝導性を有する物質を介して熱的に結合されている
    請求項１０に記載の電気自動車駆動システム。

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